EFEK PERLAKUAN PANAS AGING TERHADAP KEKERASAN DAN KETANGGUHAN IMPAK PADUAN ALUMINIUM AA 514.0 Sigit Gunawan1 dan Sigit Budi Hartono2 ABSTRAK Penelitian ini dimaksudkan untuk menyelidiki efek perlakuan panas aging terhadap kekerasan dan ketangguhan impak paduan aluminium AA 514.0. Variabel penelitian adalah suhu aging. Variasi suhu aging 250°C, 300°C, 350°C, 400°C, dan 450°C. Proses aging dilakukan dengan cara memanaskan spesimen pada suhu 250°C, 300°C, 350°C, 400°C, dan 450°C dengan waktu tahan selama 1 jam, kemudian didinginkan di udara bebas hingga suhu kamar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai kekerasan rata-rata tertinggi diperoleh pada raw material yaitu sebesar 35,5 kg/mm2. Kenaikan suhu aging menyebabkan kekerasan meningkat tetapi ketangguhan impak cenderung menurun. Nilai ketangguhan impak tertinggi diperoleh pada suhu aging 250°C sebesar 1,446 joule/mm2.
Kata Kunci: Suhu Aging, Kekerasan, Ketangguhan Impak PENDAHULUAN Aluminium dan paduannya merupakan jenis material yang cukup penting dikarenakan nilai teknologinya yang tinggi dan aplikasinya yang luas, mulai dari peralatan rumah tangga sampai dipakai untuk keperluan material pesawat terbang, kapal laut, mobil maupun konstruksi. Luasnya penggunaan logam alumunium, maka dibutuhkan suatu karateristik sifat mekanis yang berbeda-beda sesuai dengan penggunaannya. Salah satu cara yang dapat ditempuh untuk meningkatkan kekuatan aluminium adalah dengan menerapkan perlakuan panas. Perlakuan panas yang sering diterapkan adalah proses aging. Proses aging dilakukan dengan cara memanaskan aluminium sampai suhu tertentu dalam jangka waktu tertentu, kemudian didinginkan di udara terbuka. Penelitian ini mencoba untuk mengungkapkan efek perlakuan panas aging terhadap kekerasan dan ketangguhan impak paduan aluminium AA 514.0. Dengan demikian hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi konstribusi pada industri yang menggunakan
12
Jurusan Teknik Mesin STTNas Yogyakarta
TRAKSI Vol. 17 No. 1 Juni 2017
1
paduan aluminium AA 514.0, sehingga dapat direncanakan desain konstruksi yang lebih baik. TINJAUAN PUSTAKA Aluminium merupakan logam non-ferrous dan merupakan logam kedua terbesar yang dipergunakan oleh industri komponen setelah baja. Aluminium yang dijumpai dalam bidang teknik kebanyakan dalam bentuk alloy dengan unsur penambah utama seperti silikon, copper, magnesium, iron, mangan dan zincum (Nadca, 1997). Taufiq dan Akhmad (2010) telah meneliti pengaruh temperatur aging dan orientasi butiran terhadap sifat mekanik paduan AL 2014. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa spesimen yang mendapat perlakuan aging pada temperatur 150oC selama 12 jam diperoleh nilai kekerasan optimum, yaitu 118,4 VHN. Zulfia, dkk (2010) melakukan penelitian tentang proses penuaan (aging) pada paduan aluminium AA 333 hasil proses sand casting. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses aging pada temperatur 180oC dengan waktu tahan 8 jam menghasilkan nilai kekerasan yang tertinggi. Iswanto (2013) meneliti mengenai pengaruh heat treatment T6 dengan variasi suhu aging terhadap karakteristik sifat fisis dan mekanis velg paduan aluminium A356 produk OEM ternama. Hasil penelitian menginformasikan bahwa ketangguhan impak tertinggi diperoleh pada spesimen yang mendapat perlakuan panas T6 dengan suhu artificial aging 1000oC yaitu sebesar 0,068 joule/mm2. METODE PENELITIAN Bahan Penelitian Bahan penelitian yang digunakan adalah potongan paduan aluminium AA 514.0. Bahan ini kemudian dibuat spesimen untuk uji kekerasan, uji ketangguhan impak, dan uji struktur mikro. Spesimen uji kekerasan dan struktur mikro dibuat dengan memotong aluminium dalam bentuk persegi dengan ukuran 20x20x12 mm. Spesimen uji ketangguhan impak mengikuti standar JIS Z 2202 no.4. Spesimen diberi perlakuan aging dengan variasi suhu, 250ºC, 300ºC, 350oC, 400ºC, dan 450ºC, dengan waktu tahan masing-masing selama 1 jam lalu didinginkan di udara.
TRAKSI Vol. 17 No. 1 Juni 2017
2
Alat yang digunakan 1. Mesin uji kekerasan Rockwell (Matsuzawa). 2. Mesin uji ketangguhan impak (Hung Ta). 3. Mikroskop optik model PME3-313UN, merk Olympus dengan kemampuan perbesaran 100, 200, 500, dan 1000 kali. 4. Dapur pemanas listrik muffle furnace treatment (Nabertherm). 5. Alat pemotong logam. 6. Kertas amplas, autosol, dan larutan etsa. Pelaksanaan Penelitian Pengujian kekerasan dilakukan dengan metode Rockwell C dengan beban indentasi 60 kg. Kekerasan spesimen uji terbaca secara otomatis pada skala dengan waktu indentasi 5 detik. Sebelumnya permukaan spesimen dihaluskan dengan kertas amplas no. 180, 400, 600 dan 1000. Selanjutnya dilakukan lagi penghalusan menggunakan autosol sampai bekas goresan-goresan hilang. Pengujian ketangguhan menggunakan mesin uji ketangguhan impak Charpy, beban diayun dengan sudut jatuh α untuk memukul benda uji, sehingga benda uji patah dan berayun melalui sudut β, kemudian dapat diketahui energi yang diserap untuk mematahkan benda uji. Selanjutnya nilai ketangguhan impak Charpy NI = E/A. Struktur mikro diamati dengan miskroskop optik perbesaran 200 kali. Sebelumnya permukaan spesimen dihaluskan dengan amplas no. 180, 400, 600, dan 1000. Setelah permukaan halus, dilakukan lagi penghalusan menggunakan autosol sampai permukaan menjadi mengkilat, kemudian dietsa dengan larutan etsa (HNO 3 + Etanol). HASIL DAN PEMBAHASAN Hubungan antara suhu aging dan kekerasan diperlihatkan pada Gambar 1. Kekerasan rata-rata tertinggi dihasilkan oleh spesimen bahan asal. Sedangkan trendline hubungan antara suhu aging dan kekerasan ditunjukkan pada Gambar 2.
TRAKSI Vol. 17 No. 1 Juni 2017
3
Harga Kekerasan (kg/mm²)
40 35 30
31,167
32,667
29,667
30,833
32,5
25 20 15 10 5 0 250
300
350
400
450
Suhu aging (°C)
Gambar 1. Grafik hubungan antara suhu aging dan kekerasan. (kekerasan raw material = 35,5 kg/mm2)
Harga Kekerasan (kg/mm²)
40 35
31,167
30
29,667
32,667
30,833
32,5
25 20 15 10 5 0 250
300
350
400
450
Suhu aging (°C)
Gambar 2. Grafik trendline hubungan antara suhu aging dan kekerasan \
Gambar 2 menunjukkan bahwa nilai kekerasan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya suhu aging. Perlakuan aging suhu 250oC sampai 300oC dan suhu 400oC menyebabkan kekerasan menurun. Hal ini disebabkan karena unsur Al dan Mg yang sudah TRAKSI Vol. 17 No. 1 Juni 2017
4
terurai atau menyebar sehingga spesimen menjadi lebih lunak. Perlakuan aging suhu 300oC sampai 350oC dan suhu lebih tinggi (450oC) terjadi peningkatan kekerasan
karena
penyebaran Al-Mg cukup merata tampak dari struktur Al-Mg yang menyebar tak beraturan. Hubungan antara suhu aging dan ketangguhan impak diperlihatkan pada Gambar 3. Ketangguhan impak tertinggi dihasilkan oleh spesimen yang mendapat perlakuan aging suhu 250oC dan aging suhu tinggi.
Ketangguhan Impak (J/mm²)
1,600 1,400
1,446
1,446
1,412
1,200
1,244
1,211
350
400
1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 250
300
450
Suhu aging (°C)
Gambar 3. Grafik hubungan antara suhu aging dan ketangguhan impak (ketangguhan impak raw material = 1,278 joule/mm2) Trendline hubungan antara suhu aging dan ketangguhan impak diperlihatkan pada Gambar 4. Hasil uji ketangguhan impak menunjukkan bahwa nilai ketangguhan impak semakin menurun seiring dengan meningkatnya suhu aging. Perlakuan aging suhu 250oC sampai 400oC menyebabkan ketangguhan impak cenderung menurun, sedangkan perlakuan aging suhu 450oC terjadi kenaikan ketangguhan impak. Kecenderungan penurunan dan kenaikan ketangguhan impak tersebut dipengaruhi oleh kekerasan bahan hasil perlakuan aging. Gambar 5 memperlihatkan hasil pengujian struktur mikro. Hasil pengujian struktur mikro raw material menginformasikan bahwa paduan Al-Mg banyak dan merata. Spesimen yang mendapat perlakuan aging pada suhu 250°C, 300°C dan 350°C memperlihatkan struktur Al-Mg mulai terurai dan menyebar. Spesimen yang mendapat perlakuan aging TRAKSI Vol. 17 No. 1 Juni 2017
5
pada suhu 400°C dan 450°C menghasilkan struktur Al-Mg mulai hilang dan terlihat unsur Mg menggumpal.
Ketangguhan Impak (J/mm²)
1,600
1,446
1,412
1,400
1,446 1,244
1,211
350
400
1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 250
300
450
Suhu aging (°C)
Gambar 4. Grafik trendline hubungan antara suhu aging dan ketangguhan impak
Mg
Al
Al-Mg
a). raw material
TRAKSI Vol. 17 No. 1 Juni 2017
6
Al
Al-Mg Mg
b). Spesimen aging 250oC.
Mg
Al
Al-Mg
c). Spesimen aging 300oC .
Al
Al-Mg
Mg
d). Spesimen aging 350oC.
TRAKSI Vol. 17 No. 1 Juni 2017
7
Al-Mg
Al e). Spesimen aging 400oC.
Al
Al-Mg
Mg
f). Spesimen aging 450oC.
Gambar 5. Hasil pengujian struktur mikro KESIMPULAN Kekerasan secara umum cenderung meningkat dan sebaliknya ketangguhan impak menurun bila suhu aging naik. Kekerasan rata-rata tertinggi dihasilkan pada bahan asal yaitu 35,5 kg/mm2. Ketangguhan impak tertinggi 1,446 joule/mm2 dicapai pada suhu aging 250oC. DAFTAR PUSTAKA Budinski, K.G., 1996, Engineering Material, Properties and Selection, 5th edition, Prentice Hall Inc., New Jersey. TRAKSI Vol. 17 No. 1 Juni 2017
8
Iswanto, E., 2013, Pengaruh Heat Treatmen T6 Dengan Variasi Suhu Aging Terhadap Karakteristik Sifat Fisis dan Mekanis Velg Paduan Aluminium A356 Produk OEM Ternama, Universitas Gadjah Mada. JIS HandBook Of Standards, 1981, Z 2202- No. 4 Nadca, 1997, Alloy Data; Aluminium Die Casting Alloys, NADCA Product Specification Standards for Die Casting, Sec.3. Taufiq, T. dan Akhmad, K., 2010, Pengaruh Temperatur Aging dan Orientasi Butiran Terhadap Sifat Mekanik Paduan AL 2014, JTM, Vol. XVII, No.3. Zulfia, A, dkk., 2010, Proses Penuaan (Aging) Pada Paduan Aluminium AA 333 Hasil Proses Sand Casting, Jurnal Teknik Mesin, Vol. 12, No. 1, pp. 13-20.
PENULIS: 1. SIGIT GUNAWAN Jurusan Teknik Mesin STTNas Yogyakarta Jl. Babarsari Caturtunggal Depok Sleman Yogyakarta 55281 E-mail:
[email protected] 2. SIGIT BUDI HARTONO Jurusan Teknik Mesin STTNas Yogyakarta Jl. Babarsari Caturtunggal Depok Sleman Yogyakarta 55281 E-mail:
[email protected]
TRAKSI Vol. 17 No. 1 Juni 2017
9
